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电灯出现之前，人们用什么来照明？这个问题看起来似乎很简单，电灯出现之前，人们用来照明的工具，肯定是蜡烛或者油灯。 这么回答也对也不对，在电灯之前，人工照明总是与火密不可分，但是用来燃烧的材料在历史上也是经历了很多变化；电池和发电机被发明出来以后，一开始出现的也并不是白炽灯泡，在走了很多弯路以后，才最终出现了经济耐用的白炽灯泡。 让我们从头开始说起。
人类的祖先用篝火来烹煮食物、带来热量，同时在黑暗中靠火焰的光亮驱赶危险的野兽。 后来人们发现，动物油脂比柴火堆能燃烧得更持久，也不容易熄灭。用树枝缠上干草或苔藓，浸满动物油脂，就做成了火把。人们把火把插在岩壁上，整个洞穴都被照亮。这就是最原始的照明。
火把的缺点是不容易控制燃烧的速度，在有限的空间中，人们不需要火把猛烈燃烧。后来人们在盛油的容器中放置灯芯，油灯成了很长时间内用来照明的工具，一直到近现代，很多地方在没有通电以前，都是使用油灯来照明。 张皓的《科技史笔记·无形力场》介绍了中国的长信宫灯。“中国国宝长信宫灯是清洁油灯的典范。侍女造型中空，通过袖子形状的烟囱，烟气在其中扩散遇冷，固态颗粒物便附着在内壁上，因此排出的气体更加干净。”
长信宫灯是中国汉代青铜器，1968年于河北省满城县中山靖王刘胜妻窦绾墓中出土。宫灯灯体为通体鎏金、双手执灯跽坐的宫女，神态恬静优雅。灯体通高48厘米，重15.85公斤。长信宫灯设计十分巧妙，宫女一手执灯，另一手袖似在挡风，实为虹管，用以吸收油烟，既防止了空气污染，又有审美价值。
大航海时期，欧洲人在大洋中发现了巨大而神奇的鲸。他们用鲸油作为油灯的燃料，产生的烟和异味比其他动物油脂更小，也更加明亮。用鲸油制作的蜡烛在当时非常畅销，人们对鲸进行惨烈屠杀，这导致了捕鲸业的兴起。 十八世纪末期，瓦特的一名雇员莫多克发现蒸馏煤炭可以产生一种气体，这种气体被点燃后可以产生明亮的火焰。这种气体的主要成分是一氧化碳，也就是煤气。1797年，莫多克实验成功，用煤气灯成功地点亮了自己的住宅，一年后他把煤气灯装到了瓦特的工厂中。
煤炭的产量远远高于动物油脂，由煤炭制出的煤气比动物油脂要便宜很多，在此后的20年中，煤气灯得到了广泛的应用，在欧洲和美国都开始大量使用煤气灯。 燃烧型照明灯具的缺点十分明显，它发出的光会随着火焰的抖动而忽明忽暗，在风雨中火焰很容易熄灭，在一些特殊场合中，比如充满可燃气体的矿井中，使用火焰照明十分危险。
为解决这个问题，戴维与火车之父史蒂芬森发明了安全矿灯。利用铜优良的导热性，使火焰无法穿过铜丝网，不至于点燃灯罩外面的可燃气体。 发电机被发明出来以后，人们发现用电可以导致发光，发明家开始研究使用更安全的灯具。
1858年，英国的海岬灯塔开始使用弧光灯。灯塔上安装了一台诺莱式永磁发电机，电流通过导线连接到两根碳棒上，两根碳棒之间可以产生耀眼的弧光。这种光的亮度非常强，即使在恶劣的天气中也能在很远的地方被看到。 《科技史笔记·无形力场》中指出，这种灯具有一个非常大的问题，限制了它被应用到更广的领域。“维持电弧发光所需的电流很大（10A以上），这在电极上产生了巨大的热量，在高热下，碳电极缓慢蒸发，导致电极之间的距离越来越大，直到电弧熄灭。”所以这种灯具需要配备一个维护工人，随时调节碳棒之间的距离，灯塔上有人值守，可以顺手处理这个工作，而在其他场合，为一盏灯配备一个工人，这是一件过于奢侈的事情。
为了解决这个问题，人们研发了各式各样的碳棒自动调节装置。新的问题又出现了，弧光灯碳棒的寿命本来就不长，一根碳棒大约只能点亮几个小时，而自动调节装置又很不稳定，现在除了要定时更换碳棒，还要修理时不时罢工的调节装置。 二十多年间，无数发明家、工程师前仆后继，直到1870年，一位移民巴黎的俄国工程师雅布洛奇科夫给出了一个另辟蹊径的解决方案。 根据《科技史笔记·无形力场》介绍，雅布洛奇科夫“将原本对置的两根碳棒并排放置，然后在两根碳棒顶断跨上一小根石墨条。电路首次接通后，石墨条即被焚毁，电弧在两根平行碳棒的间隙中产生，并逐渐向下消耗。在消耗过程中，只要碳棒不变形，电极之间的间隙就自动保持恒定。这个过程很像蜡烛的燃烧，因此这种弧光灯就被叫做电烛。”
1877年，雅布洛奇科夫的电烛照亮了卢浮宫大百货商店，第二年的巴黎世界博览会期间，电烛让八百米长的歌剧院大街灯火通明。弧光灯通过这次展示大放异彩，而煤气公司的股票则应声大跌。 尽管如此，弧光灯的使用还只限于公共场所，没有办法走入千家万户。当时没有电力公司，用户要使用弧光灯，必须自己配上发电机，而为了驱动发电机，还需要一台蒸汽机。也就是说，为了点亮一盏灯，用户需要点燃一台锅炉！ 另外，弧光灯过高的亮度也无法在家中使用。1855年，当法国工程师拉卡松和蒂尔斯在里昂实验弧光灯时，围观的女士们甚至打开了阳伞。
1878年，爱迪生决定进行电灯研发。爱迪生进入这一领域较晚，他不是第一个发明电灯的人，甚至也不是第一个发明白炽灯的人。在这之前的几十年中，有至少20位发明家做出了白炽灯。但是爱迪生是第一个使电灯成功进入千家万户的人。 《科技史笔记·无形力场》说明了爱迪生拥有他人所没有的条件。与大多数孤军奋战的发明家不同，爱迪生被称为“门罗公园巫师”，他拥有一个完整的研发团队。1876年，爱迪生在门罗公园社区购置了一处地产，并在此创办了世界上第一个商业研发中心，这个团队以爱迪生为核心，团队中有受过正规高等教育的大学生，也有手艺精湛的工匠，比如电工、机械师、玻璃吹制工等。这使爱迪生的各种想法最终都能得以实现。
1880年，爱迪生的团队发现，用碳化的日本竹子纤维做灯丝，可连续点亮1200个小时。在持续改进灯丝寿命的同时，爱迪生团队进行全面研发，他们制作出了直流发电机、开关、保险丝、电表等。这时爱迪生的门罗公园研发人员已经达到60名，他的团队完成了个人无法胜任的工作。 1882年1月12日，爱迪生英国公司建造的伦敦霍尔伯恩高架桥电站开始运行，它为968盏用于道路照明的白炽灯供电，后来又扩增到3000盏。
1882年9月4日，爱迪生在美国的第一座发电站珍珠街电站开始运行，他点亮了84个用户的400盏白炽灯。两年后数量激增到508个用户的10164盏白炽灯。 1887年，美国的直流发电站数量达到了121座，爱迪生的电力系统非常成功，以至于今天我们依然沿用其中的一些要素。 尽管爱迪生后来忽视了交流电的使用，而使他的光电帝国最终被颠覆，他仍然是最成功实现把电力转化为照明的人，在他的设想的影响下，电线为千家万户带来了能量和动力，人们不仅可以用其照明，还可以用其烹煮食物、驱动机械。 《科技史笔记·无形力场》这本书回顾了电的产生历程，重温了电磁科学与技术的发展演进，讲述了我们熟悉的概念背后那些不为人熟知的起源故事，读者可以身临其境般看到历史上诸多伟大科学家如何逐步发现、研究、认识和利用电能，最终建立起一座宏伟的电学科学大厦。 |
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十八世纪的一位工人正在手动点燃煤气路灯
弧光灯碳棒自动调节装置
雅布洛奇科夫的点烛及平行碳棒结构
爱迪生
爱迪生用来把灯泡抽成真空的真空机
